一种锥桶移动机器人及其应用的制作方法

本公开涉及电机故障分析，具体涉及一种锥桶移动机器人及其应用。

背景技术：

1、现代社会的快速发展使得交通流量不断增加，同时也带来了更高的道路安全风险。尤其是高速公路，由于车辆行驶速度快，容易发生交通事故，严重时可能会造成人员伤亡和财产损失，甚至还会对整个社会和经济造成不良影响。

2、目前，当高速公路上发生事故后，需要利用锥桶对道路进行导流或分流，如专利号为：cn201720809841.6的专利公开了一种重心偏移的高速公路锥桶，包括锥桶体和底盘，锥桶体安装在底盘上，锥桶体的轴心线与底盘的盘心线上下错开设置,本实用新型的有益效果是锥桶的重心偏移，这样解决了车开过时，锥桶的锥桶体距离车太近，被车带倒的问题。

3、但是，在实际使用过程中，当高速公路发生事故时，需要工作人员将锥桶放置在预定地点，或者通过锥桶收放车将锥桶放置在预定地点，如专利号为cn202110655775.2的专利公开了一种用于交通锥桶收放车的交通锥桶存储机构，涉及自动交通锥桶收放车结构领域。本发明提出了一种结构精巧、动作稳定且存储量大、体积小，可实现对交通锥桶立式储存的用于交通锥桶收放车的存储机构，可减少存储机构自身的空间占用率，并便于后续对交通锥桶的抓取以及布放。所述存储机构包括回形仓，所述回形仓包括回形轨道、链条、链条驱动机构以及若干锥桶架；链条容置于回形轨道中、且在链条驱动机构的带动下沿回形导轨循环运动，所述锥桶架的底部连接在所述链条上，所述锥桶架包括与交通锥桶内壁相适配的定心架。采用循环的链传动达到结构简单，动作简单，容量大等优点，可以有效地提高交通锥桶收放车的容量及取拿效率。

4、但是，上述现有技术手段中均需要人来操作，当人工摆放锥桶时，需要工作人员将锥桶放置在车上，开车拉倒预定地点再对锥桶进行摆放，同样，当使用锥桶收放车时，也需要工作人员驾驶收放车至预定地点进行锥桶摆放，导致锥桶摆放迟缓，锥桶摆放效率低，还可能因为操作不当或者行动迟缓而导致的工作人员自身的安全风险。

5、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种锥桶移动机器人及其应用，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的目前高速公路锥桶摆放过程中，摆放效率低且存在安全风险的情况。

2、本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

3、本公开提供了一种锥桶移动机器人，包括：驱动部件、锥桶本体、控制系统；

4、所述驱动部件设置在所述锥桶本体的底部；

5、所述控制系统与所述驱动部件连接，所述控制系统用于接收驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述驱动部件带动所述锥桶本体到达目标位置，所述驱动指令包括：目标位置、行驶路径。

6、可选的，在所述驱动部件与所述锥桶本体的连接位置处设置有密封垫；

7、所述锥桶本体包括：闪爆灯、锥桶、连接板；所述驱动部件包括：驱动外壳、驱动电机、滚轮、差速控制器；所述闪爆灯设置在所述锥桶的顶部，所述锥桶的底部与所述连接板固定，所述连接板通过所述密封垫与所述驱动外壳连接；所述驱动电机设置在所述驱动外壳内，所述滚轮转动设置在所述驱动外壳上，所述差速控制器与所述驱动电机连接，所述差速控制器用于改变所述滚轮的滚动速度，进而使所述驱动部件转向；所述驱动电机与所述滚轮驱动连接，所述驱动电机用于驱动所述滚轮转动，进而带动所述锥桶本体移动；所述控制系统与所述驱动电机连接，所述控制系统用于根据驱动指令驱动所述驱动电机移动而带动所述锥桶本体移动至目标位置。

8、可选的，所述控制系统的控制方法包括：

9、确定目标位置；

10、获取锥桶机器人的待机状态信息；其中，所述待机状态信息包括：锥桶移动机器人的当前位置、锥桶移动机器人的电量；

11、基于锥桶移动机器人的当前位置与所述目标位置规划行驶路径；

12、控制系统接收所述行驶路径，并按照所述行驶路径驱动所述驱动部件沿所述行驶路径移动，并到达所述目标位置。

13、可选的，步骤确定目标位置包括：

14、接收用户输入的目标位置；和/或

15、接收事发地点位置，以所述事发地点的位置作为所述目标位置。

16、可选的，步骤基于锥桶移动机器人的当前位置与所述目标位置规划行驶路径包括：

17、利用导航地图，将所述当前位置与所述目标位置传输至所述导航地图内后，所述导航地图规划得到所述行驶路径。

18、可选的，步骤按照所述行驶路径驱动所述驱动部件沿所述行驶路径移动，并到达所述目标位置包括：

19、接收所述行驶路径，并利用差速运动控制系统控制所述驱动部件按照所述行驶路径移动，进而到达所述目标位置；

20、其中，所述差速运动控制系统的控制方法包括：

21、利用dwa局部路径算法对驱动部件按照所述规划路径移动时进行局部路径调整，以用于使所述驱动部件按照调整后的路径进行移动；

22、利用pid算法对所述驱动部件的转向进行控制，进而使驱动部件在purepursuit算法下对微调后的路径进行追踪，以用于使所述驱动部件带动锥桶移动机器人移动至目标位置。

23、可选的，dwa局部路径算法包括：

24、获取障碍物信息，并基于所述障碍物信息构造dwa预测轨迹；

25、从所述dwa预测轨迹中选取未与障碍物碰撞的轨迹作为调整后的路径，以用于使所述驱动部件按照调整后的路径进行移动；

26、dwa预测轨迹的生成方法包括：

27、定义vs为驱动部件的线速度与角速度的集合，也即dwa算法对局部路径进行搜索求解的最大范围：

28、vs＝{(v,ω)|v∈[vmin,vmax],ω∈[ωmin,ωmax]}

29、定义va为驱动部件运动时与障碍物无碰撞的线速度和角速度，定义和为驱动部件的最大线减速度和最大角减速度，定义distance(v,ω)为速度(v,ω)对应的轨迹上距离障碍物最近的距离，得：

30、

31、对动态窗口进行缩小，vc和wc为驱动部件的线速度和角速度；定义和为驱动部件最大的最大的线加速度和角加速度，则有：

32、

33、综合对上述驱动部件最大速度约束，与障碍物的无碰撞约束以及驱动部件自身电机转矩约束，得到动态窗口集合：

34、v＝vs∩va∩vb

35、在速度矢量空间v中，根据线速度和角速度的采样点数量，将连续的速度矢量空间v离散化，得到离散的采样点(v,ω)，对于每个采样点根据驱动部件的运动学方程给出驱动部件的调整后的轨迹，引入方向评价子函数，方向评价子函数如下：

36、

37、其中ψgps为驱动部件所需要驶向的下一个路径点的方向，ψi为规划出待选择路径终点指向的方向，判断此时驱动部件的朝向是否指向下一个路径点所在的方向，若接近于此方向，代价就较低，若远离此方向，代价就较高，改进后的整体评价函数如下：

38、cost(v,ω)＝αobs(v,ω)+βdir(v,ω)+γgdist(v,ω)

39、其中α、β、γ为系数，obs(v,ω)为轨迹经过总栅格的总代价，对有障碍的轨迹直接抛弃，gdist(v,∈)为轨迹终点到目标点的距离，结合方向评价子函数，对三个子函数进行加权运算即可作为对最优局部路径的评判标准，选取一个得分最高的路径即为当前驱动部件的调整后的路径。

40、可选的，步骤pid算法对所述驱动部件的转向进行控制中，控制方法包括：

41、为pid控制器配置给定量r(t)和输出量y(t)的偏差，表达为：

42、e(t)＝r(t)-y(t)

43、式中，e(t)为控制量，r(t)是给定量，y(t)是输出量；

44、pid控制器的控制算法表达为：

45、

46、式中，kp为比例系数，ti为积分时间常数，td为微分时间常数；

47、采用时刻点kp来代替模拟pid算法中的连续时间量t，得到离散pid的表达式为：

48、

49、式中：k为采样序号，t为采样周期，ki＝kp/ti，kd＝kptd，e(k)－e(k－1)为k时刻与(k－1)时刻的偏差信号；

50、将ki、kd设置为0，kp设置较小的值，使系统能稳定运行；

51、逐渐增加kp值，当系统出现等幅振荡(临界振荡)时停止，记录临界振荡增益k和临界振荡周期t；

52、计算参数定值为：

53、kp＝0.6k；ti＝0.5t；td＝0.125t。

54、可选的，purepursuit算法包括：

55、根据锥桶移动机器人的当前位置的坐标点以及路径上下一时刻的目标坐标点，计算两个坐标点之间的距离；

56、计算在利用笛卡尔坐标系中所述当前位置的坐标点与所述目标坐标点的航向角；

57、基于所述航向角计算车轮的目标转动弧度，并使车轮保持目标转动弧度的前提下移动至所述目标坐标点位置；

58、转向角表达公式为：

59、

60、式中，δ(t)为转向角；m为曲率；m(t)t时刻的曲率；l为驱动部件的轴距；α为驱动部件的后轴与目标路点连成向量与车偏航角夹角；α(t)为t时刻驱动部件的后轴与目标路点连成向量与车偏航角夹角；ld为前视距离。

61、第二方面，本技术提供了一种锥桶移动机器人的应用，其特征在于，将上述的锥桶移动机器人应用在高速公路、桥梁、隧道、收费站、停车场、小区、市政道路中。

62、本公开提供了一种锥桶移动机器人，包括：驱动部件、锥桶本体、控制系统；所述驱动部件设置在所述锥桶本体的底部；所述控制系统与所述驱动部件连接，所述控制系统用于接收驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述驱动部件带动所述锥桶本体到达目标位置，所述驱动指令包括：目标位置、行驶路径。锥桶移动机器人是一项非常重要的技术创新，它可以大大提高高速公路交通事故的处理效率和人们的生命安全保障，可极大地提高公路事故处理的速度和准确性。当事故发生时，锥桶移动机器人可以快速移动到事故现场，隔离事故区域，保持道路畅通。这样可以避免交通拥堵和次生事故发生的风险。同时，锥桶移动机器人的出现也极大地减少了人类因操作不当或行动迟缓而导致的自身的安全风险，这将大大减少人员伤亡和财产损失。

63、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。